生物结皮是由微生物、藻类、地衣、苔藓等隐花植物及其分泌物与土壤表层颗粒胶结在一起形成的有机类多细胞复合体。它广泛分布在干旱、半干旱区,其分布面积达到该地区生物覆盖物的40%以上。生物结皮出现后,由于大气沉降、沙区植物的根系作用促使了生物结皮的进化,其对该地区土壤的生态作用、生物圈的动植物生存环境、地区水文交换作用和地质元素循环过程,及沙漠地带、荒漠化区域的环境优化进程均产生重要的影响。毛乌素沙地南缘不同类型生物结皮的水分特性进行研究,有助于为此类资源的发展利用提供理论依据。本论文以毛乌素沙地南缘发育良好的生物结皮作为研究对象,结合水利部牧区水利科学研究所吴永胜博士的国家自然基金项目《退化草地生物土壤结皮水文效应的研究》,通过野外连续监测、降雨模拟实验及实验室测定分析,分析了不同种类生物结皮对地表土壤理化性质的影响、降雨对不同地表土壤的水分补给影响,并进一步探讨不同生物结皮与土壤水的相互影响关系。主要研究结果如下:1.与裸沙相比,3种生物结皮地表土壤中增加了粉沙和黏粒含量,裸沙的中沙和细沙含量占粒径范围的90.86%;浅灰色藻类结皮的中沙和细沙含量占82.99%;黑褐色藻类结皮的中沙和细沙含量占80.38%;藓类结皮中沙和细沙含量只占49.75%,其中浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮与苔藓结皮粉沙的百分含量分别增加了1.91%、1.37%、15.08%,苔藓结皮中增加了黏粒含量,约2.22%;生物结皮存在影响了地表土壤的饱和持水量,表现为裸沙<浅灰色藻类结皮<黑褐色藻类结皮<苔藓结皮;不同类型生物结皮间土壤容重有差异,垂直分布上,土壤容重随着土壤深度增加表现为递增趋势。同一深度处,四者之间的土壤容重大小趋势为:裸沙>黑褐色藻类结皮>浅灰色藻类结皮>苔藓类结皮。2.在0-5 cm土层中,裸沙的含水量分别是浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮、苔藓类结皮的1.25倍、1.41倍、1.21倍。在5-10 cm土层中,裸沙的含水量分别是浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮、苔藓类结皮的1.56倍、1.57倍、1.86倍。在10-20 cm土层中,裸沙中含水量是浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮、苔藓类结皮的1.52倍、1.56倍、1.27倍。不同类型地表的毛管持水量、田间持水量、饱和持水量变化规律不明显,基本维持不变。不同类型地表的毛管孔隙度随土壤深度增加都呈现出先增加后减少的趋势。生物结皮区域水分特征常数均大于裸沙。3.降雨后,各深度处土壤水分含量与生物结皮种类、发育程度、下层土壤质地、理化性质相关。10 cm土层深度处,土壤持水性能强弱及含水量大小为:苔藓类结皮>裸沙>浅灰色藻类结皮>黑褐色藻类结皮。藻类结皮土壤持水性能最低,苔藓类结皮土壤持水性能最强,为裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮的1.02、1.1、1.35倍。水分入渗性能强弱与结皮发育程度相关,不同生物结皮间在不同深度处入渗性能强弱不一。4.不同类型地表的土壤含水量在降雨后0-60小时时间段内随时间变化均为先增加后减少。20 cm土层处降雨后12 h时含水量变化明显。裸沙含水量为降雨前的1.5倍;浅灰色藻类结皮为降雨前的1.4倍;黑褐色藻类结皮为降雨前的1.28倍;苔藓类结皮为降雨前的1.33倍。5.不同类型地表持水性能有差异,持水性能由弱到强依次是裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和藓类结皮,不同类型生物结皮样地持水性能分别是裸沙的1.3、1.7和2倍,不同类型生物结皮的持水性随结皮的发育呈增加的趋势。不同类型地表土壤水分特征曲线呈“S”型分布,不同类型地表吸湿过程较脱湿过程具有显著的滞后性。v-G模型参数能较好的拟合实测数据,拟合系数均小于0.009,表明该模型适用于此地区土壤,可用于模拟水分特征曲线。